机场航站楼电气系统绿色节能设计研究

刘 慷

(北京首都机场动力能源有限公司，北京 100621)

0 引言

机场航站楼属于大跨度公共建筑，由于功能和地标建筑的形象需求，通常呈现出建筑面积大、室内空间高等特点，是主要的能源消耗场所。在航站楼建筑的全寿命周期内，最大限度地节约能源，为旅客提供舒适、高效和绿色的候机楼环境，是建设“绿色机场”的重要举措。电能消耗是机场航站楼的最大能源消耗，因此，本文将从某新建国际机场航站楼电气系统设计出发，分析其绿色节能设计和举措，为建设“绿色机场”提供了参考。

1 航站楼电气系统概况

该新建国际机场航站楼外电源引自当地两座规划110kV变电站，经过10kV电缆将电能输送至航站楼内规划5座10kV开闭站，再经由楼内26个变电室降压至0.4kV分配至航站楼各区域用户。

航站楼5座开闭站总设计装机容量为 105 800kVA，具体负荷分配如表1所示。

航站楼内负荷等级分为三类：特别重要负荷、一级负荷和二级负荷。消防与安防等防灾用设备、应急照明、信息及智能化系统专用电源、消防电梯、排水泵、雨水泵等负荷按特别重要负荷供电；驻场及外联单位专用电源(边检、安检、海关等)、行李系统、联检大厅照明、值机及候机厅照明、卸货区照明等按一级负荷供电；厨房动力、扶梯步道等其余设备的供电电源均按二级负荷考虑。

航站楼装机容量分布表 表1

2 航站楼电气系统绿色节能设计

2.1 设计原则

(1)在充分满足、完善建筑物功能要求的前提下，减少能源消耗、提高能源利用率，强调设备系统运行全寿命周期服务，而不是简化建筑物的功能要求，降低其服务功能标准。

(2)合理配置建筑电气设备及系统，优化组合使用与运行环境条件，并对其进行有效、科学的控制与管理。

(3)按人性化设计要求，追求技术先进与使用合理的统一，达到服务的舒适与快捷，力求实现技术、经济与管理的统一。

(4)100%选择绿色环保、节能的电气材料、产品与系统。

2.2 主要绿色节能设计

2.2.1 照明灯具选型

经统计，航站楼内照明设备的能耗可占到整个建筑用电的20%～30%，因此，需要采取切实可行的照明节能措施。其中，灯具选型对于照明节能具有重要意义，选择高效的发光源、正确的灯用电器附件对于降低照明能耗具有极大帮助。

依据规范设定房间及场所照明照度、统一眩光值、照度均匀度及显色指数等参数设计标准，大空间场所照度标准根据使用功能分区域划分，其照度标准如表2所示。

航站楼不同区域照度标准表 表2

根据上述照度标准，结合整体照明系统节能需要，按照目前主流照明灯具配置，确定照明光源及灯具选型要求如下。

(1)光源选型要求

1)卫生间、机房、走廊、楼梯间、管廊、室外车道、光环境艺术景观照明、后勤区域等人员流动场所采用LED光源。

2)公共区域主要采用小功率陶瓷金属卤化物灯、超高效三基色T5荧光灯。

3)控制室、管理办公用房等采用超高效三基色T5荧光灯。

4)除特殊注明外，光源的显色指数Ra≥80，色温4 000K。

5)不允许选用光效低的白炽灯、荧光高压汞灯，自镇流高压汞灯等。

(2)灯具选型要求

1)按安装环境选用相适应防护等级的灯具，除特殊标注外，均采用Ⅰ类灯具，防护等级IP2X。

2)提取大厅、联检大厅等公共区域、大空间顶棚、无水机房等场所的灯具防护等级IP54；机电管廊、行李及服务通道、有水设备机房、行李处理机房、淋浴间等场所的灯具防护等级IP65；包括消防安全疏散指示标志。

3)室外灯具防护等级不低于IP65，有可能浸水场所灯具防护等级不低于IP67，温度按室外环境要求。

4)屋顶顶棚内安装的灯具应有防坠落措施，防护等级不低于IP54，尚应满足在60℃环境温度使用下对灯具寿命要求。

5)不选用谐波电流含量大且低于25W的荧光灯，灯具电器要求低谐波、低噪声干扰、高可靠性、高功率因数(功率因数>0.95)，3次谐波电流不超过基波电流的33%。

6)筒灯要求灯具配光具有中心光强高的特性，光束角控制在30°以内，低功耗，采用暗光技术控制眩光。

7)选择LED灯具满足下列要求：色温4 000K，特殊显色指数R9>0，光源的色容差≤3 SDCM；综合能效的原则上规定如下：LED筒灯>80lm/W，LED射灯>60lm/W，LED灯带>70lm/W，LED灯盘>85lm/W，LED投光灯>90lm/W，LED发光顶棚>40lm/W；灯具寿命≥35 000 h。

(3)灯具安装要求

1)走道(廊)、办公室、业务用房、管理室、控制机房等一般照明常明壁装或吸顶装饰，除特殊注明外安装方式如下：地下室机房非公共区走道主要采用嵌入式或壁装LED平面灯具；办公区有吊顶的走道采用嵌入式LED平面灯具；公共区走道灯具安装按建筑规划；嵌入式荧光灯具；局部嵌入式荧光筒灯。

2)顶棚内一般照明、消防应急照明灯具结合马道安装并应有防坠落措施。

3)开闭站、变配电所、配电间、弱电间等设备用房照明采用吊装线槽控照荧光灯及部分壁装简易支架荧光灯，疏散指示标志常明壁装或吊装。

4)电气管廊一般照明采用吸顶或壁装防水防尘LED灯，疏散指示标志常明壁装。

5)行李机房照明主要采用柱上及墙上分层壁装防水防尘LED灯，疏散指示标志常明壁装或吊装，需根据现场情况制作灯具安装支架。

2.2.2 照明智能控制

若使航站楼照明方式更加合理，就一定要将其与季节、天气以及当地建筑的具体位置进行综合考虑，通过对照明设备开光时间的智能控制去完成节能过程。智能照明控制系统能够对灯具按照时段或者按照需求进行调光与控制，并且可以实现灯具的单灯控制与多灯控制，进一步节约能源。航站楼根据不同区域采取不同的智能照明控制模式，具体情况如表3所示。

照明监控系统可以实现如下功能：对所控制的回路自动/手动切换控制、场景控制、延时控制、定时控制、单回路电流检测控制、亮度探测控制以及其他系统的联动控制，具体内容如下。

(1)自动/手动切换控制：根据管理的需求对公共区或其他区的照明进行自动控制或手动控制。

(2)延时控制：系统可对特殊区域和各个其他区域的照明进行功能组合延时控制，从而避免因大面积回路同时开启，造成涌流过大引发用电安全。

(3)定时控制：根据季节的变换，系统可以利用时钟控制功能对所有灯光进行设置，随着季节的变换来自动调节灯光的开关时间；系统可以时钟控制功能，使节日期间的灯光自动进行场景变换和延时，以突出节日气氛。

(4)单回路电流检测控制：系统在运行中可对高杆灯单个回路的工作状态进行电流检测，随时对系统的回路故障和超负荷进行报警。

(5)亮度探测控制：航站楼照明节能控制系统的控制手段之一是采用光感探测器控制，根据室外天然光的亮度以及室内探测到的照度来控制照明场所内相关灯具的启、闭，避免开启不必要的灯光。

2.2.3 电力分项计量

分项计量是指对建筑的水、电、燃气、集中供热、集中供冷等各种能耗进行监测，从而得出建筑物的总能耗量和不同能源种类、不同功能系统的能耗量。分项计量系统本身并不节能，但采取分项计量是进行节能监测与管理的有效手段。要实现分项计量，必须进行数据采集、数据传输、数据存储和数据分析等。

航站楼按负荷种类、场所、部门规划电力分项计量，满足DB 11/T624《公共机构办公建筑用电分类计量技术要求》的相关规定，并将计量数据上传至电力监控系统，便于运行单位掌握航站各类负荷设备电耗状况，按照下列原则设置电力分项计量仪表：所有变配电所低压配电干线均配置多功能数字仪表；楼层配电的照明、风机设备、水泵设备分类计量；空调、电扶梯设备计量到单个设备；信息及智能化、广告、标识、景观照明等专项系统分项计量；联检及驻场单位、商业餐饮休闲、钟点客房、休息室等分区域计量；自备应急柴油发电机组发电量、燃油消耗等单独计量。

航站楼不同区域照度控制方式 表3

2.2.4 合理设计变压器

据统计，我国输配电损耗约占全国发电量的6.6%，其中电压等级为6～35千伏、容量在6 300千伏安及以下的配电变压器损耗占到40%～50%，因此，变压器损耗也是航站楼电力系统损耗中不可忽视的一部分。

航站楼选用节能I型D,Yn11结线的低损耗节能型变压器，能效限定达到GB 20052-2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》中的能效1级标准，其空载及负载损耗相对于传统变压器能够减少30%以上。

根据GB/T 13462-2008《电力变压器经济运行》，变压器在带负载时有其经济运行区和最佳经济运行区，根据理论计算，变压器负载率在30%以上时运行较为经济。因此，在设计航站楼变压器容量时，要考虑远期负荷增加的需要，尽量将设计使用负荷率在30%以上。航站楼不同区域变压器负载率参见表4。

航站楼不同区域变压器负载率 表4

变压器参数选型：(1)节能I型，10.5kV/400V，D/yn11，50Hz，3相，H级绝缘，IP22防护箱体，具有接地端子。(2)阻抗电压Uk%：630kVA及以下选4%；800～1 600kVA选6%；2 000kVA及以上选8%。(3)高压工频耐压≥42kV/min；低压工频耐压≥5kV/min；冲击试验电压≥75kV；局部放电量≤5PC。(4)高压分接范围±2×2.5%，过电压10%时，可连续无负荷运行；过电压5%时，可连续满负荷运行(环境温度+40℃以下)。(5)电脑温控器：具有三相绕组、铁芯温度巡回检测及最大值显示，温度设定面板操作，温度传感器故障报警。(6)噪声水平、空载及负载损耗应小于国家标准限值，选用达到1级能效标准的产品。

2.2.5 其他绿色节能措施

(1)变配电部绿色节能设计

1)开闭站、变配电所在楼内合理布置，尽量靠近负荷中心以缩短配电半径并减少线路损耗。

2)供配电系统简单可靠，低压集中采用电容器串电抗器+小容量SVG相结合的补偿滤波方案，即提高供电系统的功率因数又抑制减小谐波，减少无功损耗，同时使谐波限制在规范允许的范围内。

3)70mm2以上电缆按经济电流密度选择，在电缆全寿命周期内减少电缆的自身电能损耗。

(2)楼宇自控管理系统应用

1)建筑设备监控系统的应用，全方位地对航站楼内的各类机电设备进行监视和最佳控制，达到在满足需求的前提下最大限度地节能。

2)配合设备工艺要求，采用变频技术对电动机运行进行变速控制，以达到节能效果；应用有变风量空调箱、变频水泵、变频风机、电梯、自动扶梯及自动步道。

3)配合设备工艺要求，控制充分利用自然通风；控制最小新风比；控制空气品质。

4)无人值守的变配电所内风机根据室内温度自动启停。

5)屋面天窗根据室内CO2浓度及室外风雨传感器自动启停。

6)扶梯、步道变频控制，设置光控探测，无人使用时，低速或停运。

(3)节能、环保材料及产品应用

1)选用的中小型三相异步电动机在额定输出功率和75%额定输出功率的效率不应低于GB 18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》规定的能效限定值。

2)选用能耗低的变压器、电动机、灯具等机电产品及器件，满足国家标准“能效限定值能效等级”规定的1级标准。

3)选用干式变压器、电容器及电抗器。

4)选用交流接触器的吸持功率不高于现行国家标准GB 21528《交流接触器能效限定值及能效等级》规定的节能评价值。

5)开关、插座及电气器件等均采用难燃环保材料。

3 结束语